Procedimiento para la fabricación de una capa semiconductora.

Procedimiento para la fabricación de una capa semiconductora, en el que se introduce al menos un sustrato

(12) provisto de una capa metálica en una cámara de procesado (14) y se calienta hasta una temperatura de sustrato predeterminada, caracterizado por que se hace pasar vapor de selenio y/o de azufre elemental procedente de una fuente (102, 104) situada preferentemente fuera de la cámara de procesado (14) por medio de un gas portador (118), en particular inerte, en condiciones de vacío bajo o condiciones de presión ambiental o condiciones de sobrepresión, por la capa metálica, para hacerla reaccionar químicamente con selenio o azufre de manera controlada, por que se calienta el sustrato (12) por medio de una convección forzada a través de un dispositivo transportador de gas, en particular un ventilador, y se mezcla el vapor de selenio y/o de azufre elemental por medio de una convección forzada a través del dispositivo transportador de gas en el espacio de procesado de manera homogénea y se hace pasar por el sustrato (12), disponiéndose un dispositivo de calentamiento (36) en el circuito de circulación de gas generado por el dispositivo transportador de gas, para calentar el gas que se encuentra en la cámara de procesado (14).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08020746.

Solicitante: Probst, Volker.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Dorfstrasse 8A, Ebertshausen 82064 Strasslach-Dingharting ALEMANIA.

Inventor/es: PROBST,VOLKER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/032 (comprendiendo, aparte de los materiales de dopado u otras impurezas, únicamente compuestos no cubiertos por los grupos H01L 31/0272 - H01L 31/0312)

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la fabricaciïn de una capa semiconductora.

La invenciïn se refiere a un procedimiento para la fabricaciïn de una capa semiconductora, en el que se introduce al menos un sustrato provisto de una capa metïlica, y en particular una pila de sustratos provistos, respectivamente, de una capa metïlica, en una cïmara de procesado y se calienta hasta una temperatura de sustrato predeterminada.

Un procedimiento de este tipo es en principio conocido y se utiliza por ejemplo en la industria de las cïlulas solares en la fabricaciïn de cïlulas solares CIS. En particular se utiliza un procedimiento conocido de este tipo para la fabricaciïn de capas semiconductoras de compuestos I-III-VI, las denominadas capas semiconductoras de calcopirita. Para ello, por ejemplo sustratos que presentan una capa delgada de molibdeno, por ejemplo sustratos de vidrio, se dotan respectivamente de una capa delgada de metal precursor que comprende cobre, galio e indio y a continuaciïn se calientan en la cïmara de procesado alimentando H2Se y H2S segïn un perfil de temperatura predefinido. En una variante, sustratos que presentan una capa delgada de molibdeno se dotan respectivamente de una capa delgada de metal precursor que comprende cobre, galio, indio y selenio y a continuaciïn se calientan en la cïmara de procesado alimentando H2S segïn un perfil de temperatura predefinido. Mediante una reacciïn de las capas de metal precursor con el selenio contenido en el H2Se o el azufre contenido en el H2S se forman sobre los sustratos capas semiconductoras de Cu (In, Ga) (Se, S) 2, las denominadas capas semiconductoras de calcopirita.

Este proceso se denomina tambiïn selenizaciïn o sulfuraciïn.

El documento EP 1 833 097 da a conocer un procedimiento y un dispositivo para la selenizaciïn o sulfuraciïn de piezas de trabajo, sometiendo a remolino los gases de reacciïn por medio de un ventilador.

La utilizaciïn de H2Se y H2S ha resultado problemïtica en el sentido de que H2Se y H2S son gases no sïlo caros en su adquisiciïn, sino tambiïn tïxicos y altamente explosivos. Por tanto, estos gases, en la fabricaciïn en masa de cïlulas solares CIS, representan un factor econïmico considerable no sïlo debido a sus costes de adquisiciïn, sino tambiïn debido a las estrictas medidas de seguridad que deben cumplirse y los costes relacionados con la eliminaciïn de los gases de escape correspondientes. Aparte de eso, estos gases, debido a su toxicidad y explosividad, tambiïn a pesar de las medidas preventivas adoptadas, constituyen un riesgo residual para la seguridad del personal que trabaja en la producciïn que no debe subestimarse.

La invenciïn se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento mïs econïmico y seguro para la fabricaciïn de una capa semiconductora, en particular una capa semiconductora de calcopirita o una capa intermedia (buffer) sobre una capa semiconductora.

Para solucionar este objetivo estï previsto un procedimiento con las caracterïsticas de la reivindicaciïn 1.

En el procedimiento segïn la invenciïn se introduce al menos un sustrato provisto de una capa metïlica, y en particular una pila de sustratos provistos respectivamente de una capa metïlica, en una cïmara de procesado y se calienta hasta una temperatura de sustrato predeterminada. El procedimiento segïn la invenciïn se caracteriza tambiïn porque se hace pasar vapor de selenio y/o de azufre elemental procedente de una fuente situada preferentemente fuera de la cïmara de procesado, por medio de un gas portador, en particular inerte en condiciones de vacïo bajo hasta condiciones de sobrepresiïn, por la o por cada capa metïlica, para hacerla reaccionar quïmicamente con selenio o azufre de manera controlada.

En este contexto, se denominan condiciones de vacïo bajo a las condiciones de procesado que reinan a presiones de procesado desde presiïn ambiental hasta 1 mbar. Sin embargo, el procedimiento segïn la invenciïn y el dispositivo segïn la invenciïn pueden aplicarse en principio tambiïn con sobrepresiïn.

Por tanto, segïn la invenciïn el selenio necesario para la reacciïn con la capa metïlica o el azufre necesario para la reacciïn con la capa metïlica no se proporciona mediante gas H2Se o H2S, sino mediante vapor de selenio o de azufre elemental, es decir vapor que contiene selenio elemental o vapor que contiene azufre elemental. Por consiguiente, segïn la invenciïn se prescinde de la utilizaciïn de H2Se y H2S.

A diferencia de H2Se y H2S, el vapor de selenio elemental y el vapor de azufre elemental no son ni altamente tïxicos, ni explosivos y por tanto son de manipulaciïn considerablemente menos peligrosa, de modo que puede prescindirse de medidas de seguridad complejas y caras. Ademïs, el vapor de selenio elemental y el vapor de azufre elemental pueden obtenerse de manera sencilla por ejemplo a partir de una masa fundida de selenio o de azufre. Por tanto, como resultado, el procedimiento segïn la invenciïn puede realizarse con un esfuerzo econïmico considerablemente menor y con una seguridad notablemente aumentada.

Configuraciones ventajosas del procedimiento se deducirïn de las reivindicaciones dependientes, de la descripciïn y del dibujo.

Para alcanzar una presiïn de vapor deseada del vapor de selenio o de azufre, la fuente se mantiene preferentemente a una temperatura de la fuente elevada. A este respecto la temperatura de la fuente es, preferentemente en cualquier momento del paso del vapor de selenio y/o de azufre elemental por el sustrato, menor que la temperatura en la cïmara de procesado y en particular menor que una temperatura de sustrato mïnima. De este modo se consigue que en la cïmara de procesado para cada temperatura de sustrato sea vïlido que la presiïn parcial del selenio o azufre es menor que la presiïn de vapor del selenio o azufre a la respectiva temperatura de sustrato. Asï se evita una condensaciïn del vapor de selenio o de azufre sobre el sustrato, lo que constituye un requisito importante para una reacciïn homogïnea para dar una capa semiconductora. Una condensaciïn por ejemplo de vapor de selenio sobre el sustrato tendrïa como consecuencia concretamente una desreticulaciïn del selenio y por tanto una distribuciïn de grosor de capa lateralmente no homogïnea del selenio y un desarrollo de reacciïn lateralmente no homogïneo.

Segïn la invenciïn se calienta el sustrato por medio de convecciïn forzada. De este modo se consigue que la distribuciïn de temperatura, visto a travïs del sustrato, sea especialmente homogïnea. Dicho de otro modo se minimizan fluctuaciones de temperatura a travïs del sustrato.

Segïn la invenciïn, tambiïn el vapor de selenio o de azufre elemental se hace pasar por medio de convecciïn forzada por el sustrato, porque de este modo se consigue un desarrollo de la reacciïn del selenio o azufre con la capa metïlica especialmente homogïneo, visto a travïs de la superficie del sustrato.

Segïn una forma de realizaciïn adicional, un conducto de alimentaciïn, a travïs del que se conduce el vapor de selenio y/o de azufre elemental en su recorrido desde la fuente al sustrato, y/o una pared que define la cïmara de procesado, se mantiene (n) a una temperatura que es igual o mayor que la temperatura de la fuente. De este modo se garantiza que el vapor de selenio o de azufre no se condensa en el conducto de alimentaciïn o en la pared de la cïmara de procesado, sino que exclusivamente reacciona quïmicamente con la capa metïlica que se encuentra sobre el sustrato de manera controlada.

Como fuente puede utilizarse un burbujeador que presenta selenio lïquido o azufre lïquido, a travïs del que se conduce el gas portador, o un crisol lleno de selenio o azufre lïquido, que presenta un lado que posibilita la vaporizaciïn... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la fabricaciïn de una capa semiconductora, en el que se introduce al menos un sustrato (12) provisto de una capa metïlica en una cïmara de procesado (14) y se calienta hasta una temperatura de sustrato predeterminada, caracterizado por que se hace pasar vapor de selenio y/o de azufre elemental procedente de una fuente (102, 104) situada preferentemente fuera de la cïmara de procesado (14) por medio de un gas portador (118) , en particular inerte, en condiciones de vacïo bajo o condiciones de presiïn ambiental o condiciones de sobrepresiïn, por la capa metïlica, para hacerla reaccionar quïmicamente con selenio o azufre de manera controlada, por que se calienta el sustrato (12) por medio de una convecciïn forzada a travïs de un dispositivo transportador de gas, en particular un ventilador, y se mezcla el vapor de selenio y/o de azufre elemental por medio de una convecciïn forzada a travïs del dispositivo transportador de gas en el espacio de procesado de manera homogïnea y se hace pasar por el sustrato (12) , disponiïndose un dispositivo de calentamiento (36) en el circuito de circulaciïn de gas generado por el dispositivo transportador de gas, para calentar el gas que se encuentra en la cïmara de procesado (14) .

2. Procedimiento para la fabricaciïn de una capa semiconductora segïn la reivindicaciïn 1, en el que se introduce una pila (66) de sustrato (12) provisto, respectivamente, de una capa metïlica en una cïmara de procesado (14) y se calienta hasta una temperatura de sustrato predeterminada; y se hace pasar vapor de selenio y/o de azufre elemental procedente de una fuente (102, 104) situada fuera de la cïmara de procesado (14) por medio de un gas portador (118) inerte en condiciones de vacïo bajo o condiciones de presiïn ambiental o condiciones de sobrepresiïn, por cada capa metïlica, para hacerla reaccionar quïmicamente con selenio o azufre de manera controlada, caracterizado por que se calienta el sustrato (12) por medio de una convecciïn forzada a travïs del dispositivo transportador de gas, en particular el ventilador, y se mezcla el vapor de selenio y/o de azufre elemental por medio de una convecciïn forzada a travïs del dispositivo transportador de gas en el espacio de procesado de manera homogïnea y se hace pasar por el sustrato (12) .

3. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 1 o 2, caracterizado por que la fuente (102, 104) se mantiene a una temperatura de la fuente elevada, o se regula a una temperatura de la fuente elevada, que preferentemente es, en cualquier momento del paso del vapor de selenio y/o de azufre elemental por el sustrato (12) , menor que la temperatura en la cïmara de procesado (14) y menor que una temperatura de sustrato mïnima.

4. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un conducto de alimentaciïn (100) , a travïs del cual se conduce el vapor de selenio y/o de azufre elemental en su recorrido desde la fuente (102, 104) hasta el sustrato (12) , y/o una pared (16) que define la cïmara de procesado (14) se mantiene (n) a una temperatura que es igual o mayor que la temperatura de la fuente (102, 104) .

5. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como fuente (102, 104) se utiliza un burbujeador que presenta selenio lïquido o azufre lïquido, a travïs del cual se conduce el gas portador (118) , y/o un crisol (114) lleno de selenio o azufre lïquido, que presenta un lado que posibilita la vaporizaciïn del selenio o azufre, por el cual se hace pasar el gas portador (118) .

6. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la reacciïn quïmica del selenio y/o del azufre con la capa metïlica se realiza a una presiïn total en la cïmara de procesado (14) en el intervalo de condiciones de vacïo bajo o condiciones de presiïn ambiental o condiciones de sobrepresiïn y/o a una presiïn parcial de vapor de selenio o de azufre en el intervalo comprendido entre aproximadamente 0, 001 mbar y aproximadamente 100 mbar.

7. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

-aumentar la temperatura de sustrato con una tasa de calentamiento comprendida entre aproximadamente 5ïC/min y 600ïC/min, preferentemente entre 10ïC/min y 60ïC/min, entre la temperatura ambiente y una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 400ïC y 600ïC, preferentemente entre 400ïC y 500ïC;

-alimentar con vapor de selenio elemental la cïmara de procesado a partir de una temperatura de sustrato comprendida entre 120ïC y 300ïC y regular, de este modo, la temperatura de la fuente de selenio hasta una presiïn parcial deseada, preferentemente comprendida entre 0, 001 mbar y 100 mbar;

-mantener la temperatura de sustrato en el intervalo comprendido entre 400ïC y 600ïC durante un periodo de 1 min a 60 min, preferentemente de 10 min a 30 min;

-desconectar la alimentaciïn de vapor de selenio, y dado el caso, de azufre, elemental a la cïmara de procesado tras un primer periodo de tiempo predeterminado;

-vaciar por bombeo y/o lavar al menos una vez la cïmara de procesado;

-alimentar con vapor de azufre elemental la cïmara de procesado;

-aumentar adicionalmente la temperatura de sustrato con una tasa de calentamiento comprendida entre aproximadamente 5ïC/min y 600ïC/min, preferentemente entre 10ïC/min y 60ïC/min, hasta una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 450ïC y 650ïC, preferentemente entre 500ïC y 550ïC, y regular, de este modo la temperatura de la fuente de azufre hasta una presiïn parcial deseada, preferentemente comprendida entre 0, 001 mbar y 100 mbar;

-mantener la temperatura de sustrato en el intervalo comprendido entre 450ïC y 650ïC durante un periodo de 1 min a 60 min, preferentemente de 10 min a 30 min;

-desconectar la alimentaciïn de vapor de azufre elemental a la cïmara de procesado tras un segundo periodo de tiempo predeterminado;

-enfriar el sustrato; y

-vaciar por bombeo y/o lavar la cïmara de procesado.

8. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que durante la etapa de selenizaciïn, por ejemplo a partir de una temperatura de sustrato comprendida entre 120ïC hasta 600ïC, se alimenta con vapor de azufre elemental la cïmara de procesado, de tal manera que se establece una relaciïn de presiïn parcial del selenio con respecto al azufre comprendida entre 0 y 0, 9, preferentemente entre 0, 1 y 0, 3.

9. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la capa metïlica presenta al menos uno de los elementos In, Zn o Mg y/o la capa semiconductora que va a fabricarse es una capa intermedia, una capa de In2S3, ZnSe, ZnS , Zn (S, OH) o (ZnMg) O.

10. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 9, caracterizado por que al menos un gas reactivo, por ejemplo, oxïgeno o hidrïgeno se aïade al gas portador (118) que contiene el vapor de selenio y/o de azufre.

11. Dispositivo de procesado (10) para la realizaciïn de un procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, con una cïmara de procesado (14) que puede evacuarse, para recibir al menos un sustrato (12) que va a procesarse, un dispositivo de calentamiento (36) para el calentamiento por convecciïn del sustrato (12) que va a procesarse, una fuente (102, 104) para vapor de selenio y/o de azufre elemental situada fuera de la cïmara de procesado (14) y unida a travïs de un conducto de alimentaciïn (100) con la cïmara de procesado (14) , y un dispositivo de regulaciïn de la temperatura (18, 126) , para mantener al menos una subzona de una pared (16) que define la cïmara de procesado (14) y al menos un tramo del conducto de alimentaciïn (100) , respectivamente, a una temperatura predefinida, caracterizado por que comprende un dispositivo transportador de gas para generar un circuito de circulaciïn de gas en la cïmara de procesado (14) , comprendiendo el dispositivo transportador de gas preferentemente al menos un ventilador (46, 50) , que estï dispuesto preferentemente en la zona de uno de los lados frontales del sustrato (12) .

12. Dispositivo de procesado (10) para la realizaciïn de un procedimiento segïn la reivindicaciïn 11 con una cïmara de procesado (14) que puede evacuarse, para recibir una pila (66) de sustratos (12) que van a procesarse, un dispositivo de calentamiento (36) para el calentamiento por convecciïn del sustrato (12) que va a procesarse, una fuente (102, 104) para vapor de selenio y/o de azufre elemental situada fuera de la cïmara de procesado (14) y unida a travïs de un conducto de alimentaciïn (100) con la cïmara de procesado (14) , y un dispositivo de regulaciïn de la temperatura (18, 126) , para mantener al menos una subzona de una pared (16) que define la cïmara de procesado (14) y al menos un tramo del conducto de alimentaciïn (100) , respectivamente, a una temperatura predefinida, caracterizado por que comprende un dispositivo transportador de gas para generar un circuito de circulaciïn de gas en la cïmara de procesado (14) , comprendiendo el dispositivo transportador de gas preferentemente al menos un ventilador (46, 50) , que estï dispuesto preferentemente en la zona de uno de los lados frontales de la pila (66) de sustratos.

13. Dispositivo segïn la reivindicaciïn 11 o 12, caracterizado por que la fuente (102, 104) comprende una cïmara de fuente (110) que puede calentarse y evacuarse, en la que estï dispuesto un crisol (114) lleno de masa fundida de selenio o de azufre, y un conducto (116) para un gas portador (118) precalentado, de tal manera que el gas portador

(118) o bien se conduce segïn el principio de un burbujeador a travïs de la masa fundida de selenio o de azufre (112, 120) o bien se conduce a travïs de una superficie de la masa fundida de selenio o de azufre (112, 120) , presentando el crisol (114) y el conducto (116) un material resistente a la reacciïn en selenio o azufre y estando formados, por ejemplo, a partir de cerïmica, cuarzo o aleaciones especiales resistentes a la corrosiïn o metales con recubrimientos resistentes a la corrosiïn.

14. Dispositivo segïn una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que el dispositivo de calentamiento (36) estï dispuesto en el circuito de circulaciïn de gas generado por el dispositivo transportador de gas, para calentar un gas que se encuentra en la cïmara de procesado (14) ; y/o un dispositivo de enfriamiento (40) para enfriar un gas que se encuentra en la cïmara de procesado (14) estï dispuesto en el circuito de circulaciïn de gas generado por dispositivo transportador de gas; y/o estïn previstos unos elementos de desviaciïn de gas (54, 56) , a travïs de los cuales puede desviarse el circuito de circulaciïn de gas, de tal manera que o bien el dispositivo de calentamiento (36) , o bien un dispositivo de enfriamiento (40) estï dispuesto en el circuito de circulaciïn de gas.

15. Instalaciïn de procesado para procesar unos sustratos (12) apilados con al menos un dispositivo de procesado (10) segïn una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada por que el dispositivo de procesado (10) presenta una abertura de carga (60) , a travïs de la cual puede introducirse la pila (66) de sustratos en la cïmara de procesado (14) , y una abertura de descarga (70) , a travïs de la cual puede extraerse la pila (66) de sustratos de la cïmara de procesado (14) .